При резке наиболее часто используются CO2 (в дальнейшем: газовые) и Nd:YAG (ниодимовые, в дальнейшем: твердотельные) лазеры. Оба типа лазера широко используются в промышленности, хотя газовые распространены больше. Причины подобного, различия между ними, общая характеристика лазерной резки и будут рассмотрены ниже.
Процесс лазерной резки кратко происходит так: Мощный луч инфракрасного излучения генерируется в резонаторе. Затем луч передается и фокусируется на разрезаемый материал специальной линзой. Сфокусированный луч разогревает до высокой температуры небольшой участок материала (пятно фокуса, обычно не более 0,5 мм) на всю глубину листа. Расплавленный, выпаренный или химически разрушенный материал далее выдувается из реза сопутствующим (режущим) газом высокого давления. При разрезании некоторых материалов, (например углеродистых сталей) сопутствующий газ ускоряет резку, генерируя процесс горения металла, подобно процессу при газоплазменной резке. Режущая головка перемещается, и луч с помощью подвижной системы зеркал доставляется до нее, или лист перемещается относительно головки, таким образом, и производится раскрой. В твердотельных лазерах, для передачи луча используются оптоволоконные системы вместо зеркал. Однако для газового лазера, с его большей длиной волны излучения это невозможно.
Лазерная резка характеризуется следующим:
Сравнение газовых и твердотельных лазеров.
Твердотельные лазеры менее распространены, потому что углекислотные более универсальны: в способности разрезать различные виды материала. Твердотельные лазеры предпочтительны для филигранной обработки тонкого материала с большим количеством вырезаемых деталей или для хорошо отражающих излучение металлов (медь, алюминий и сплавы серебра).
Только твердотельные лазеры могут использовать оптоволокно для передачи луча к арене резки. Это связано с тем, что хотя оба типа лазера являются инфракрасными, длина волны излучения газового лазера больше в 10 раз, чем твердотельного (10.6 микрон 1.06 микрон соответственно).
Преимущества твердотельного лазера:
Меньшая ширина реза, за счет меньшего пятна фокуса. Таким образом, способность к более точной работе. Меньшее отражение излучения твердотельного лазера от обрабатываемой поверхности. Прозрачность обычного стекла для излучения этого лазера. Благодаря этому, могут использоваться высокоточные стеклянные фокусирующие линзы с меньшим фокусным пятном, а использование кварцевого оптоволокна дает возможность передавать луч на большие расстояния.
Недостатки:
Органические материалы, в основном, прозрачны для излучения твердотельного лазера. Если мощность лазера мала, а фокусное пятно большое, то излучение проходит без повреждений сквозь материал. Увеличение мощности или уменьшение пятна фокуса приведет только к воспламенению материала.
Ситуация с неметаллическими и неорганическими материалами сложнее. В общем случае газовый лазер более пригоден и для них, а твердотельный может столкнуться с проблемой прозрачности для стекла и кварца. Однако он повсеместно используются для вырезки керамических подложек в электронной промышленности. Сопутствующий газ подбирается к каждому материалу индивидуально. Обычно это один из инертных газов. Для резки полимеров используют только газовый лазер. Резкой плавлением (резка инертным газом) возможна для металлов и термопластов. Режущий газ подбирают в зависимости от его инертности к разрезаемому металлу. Например, нержавеющие стали режут азотом, титан — аргоном.
Технология резки.
Давление сопутствующего газа при резке различных материалов может сильно варьироваться. Для пластмасс значения не велики, а нержавеющих сталей достигают 15 атмосфер (bar) в зависимости от толщины материала.
При резке материалов, которые не подвержены плавлению (термоактивные полимеры, дерево) происходят процессы, называемые химической деструкцией или разложением. Подобные материалы обычно режутся с помощью газового лазера. Излучение выжигает материал, а режущий газ выдувает продукты горения.
Резка выпариванием применяется для таких материалов как акрил (органическое стекло), полиацеталь и производится углекислотными лазерами. Для металлов выпаривание не подходит, из-за большой энергоемкости процесса. Для термопластиков из-за близости температуры плавления и испарения.
Резка керамики производится любым типом лазера. Состоит в выпаривании пульсирующим излучением линии небольших углублений разделяющих лист на секции керамических подложек. Впоследствии листы сламываются по этим линиям. По очевидным причинам подобный процесс годен только для производства прямых контуров.
Кислородная резка углеродистых и низкоуглеродистых сталей производится обоими типами лазера. Резка данного вида сталей может производиться резкой плавлением, но кислородный способ имеет несколько преимуществ.
Реакция металла с кислородом увеличивает температуру процесса: ускоряет резку, а так же увеличивает доступную максимальную толщину разрезаемого листа. В процессе образуется окисленный расплав, имеющий повышенную текучесть и не прилипающий к разрезаемым частям.
Однако в этом процессе есть недостатки. Лазерный луч должен быть точно по центру режущей форсунки (наконечника режущей головки). Луч должен иметь наиболее возможное точное симметричное распределение энергии по своему сечению. В результате процесса возникает тонкий слой оксида железа (около 100 микрон) на поверхности реза. И хотя он ломкий и легко удаляется с металла, удаление требует отдельной технологической операции.
Выводы:
Невозможно произвести качественные работы по резке и обработке листового металла без ножниц по металлу. Этот инструмент позволит сохранить в месте разреза защитный слой из цинка и значительно повысит эффективность работы без ущерба для безопасности работника. При создании металлических конструкций, использование этого приспособления поможет сэкономить время и силы, а также повысит качество финального изделия за счет […]
